[发明专利]一种平面磁极球面内转子纯电磁径向磁轴承

说明书

本发明公开了一种平面磁极球面内转子纯电磁径向磁轴承，主要由定子系统和球面转子两部分组成，定子系统主要包括：平面磁极定子铁心、励磁线圈、上定子锁紧盘和下定子锁紧盘、定子磁极套筒、定子磁极套筒锁紧盘、上密封圈、下密封圈、径向磁轴承安装骨架。磁极形状为平面磁极，转子为球面转子，球面转子所受电磁力过球心，当质心与球心重合时，消除了径向平动悬浮对偏转悬浮的干扰。与球面磁极球面转子结构相比，平面定子铁心磁极边缘与转子间距增大，降低了径向通道的磁力耦合，能够减小径向平动悬浮对轴向平动悬浮的干扰，进一步提高了控制精度，同时还降低了装配工艺难度。

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮径向轴承，尤其涉及一种平面磁极球面内转子纯电磁径向磁轴承。

背景技术

传统磁悬浮惯性执行机构均是通过改变转子转速大小输出力矩，常用于高分辨率对地观测卫星平台的姿态控制，但力矩偏小，力矩精度偏低，难以满足航天器敏捷机动的迫切需求。磁悬浮控制敏感陀螺是更具发展潜力的新一代集姿态控制与敏感为一体的惯性机构，同时具有高精度的姿态控制功能和径向两自由度姿态敏感功能，是天基平台实现甚稳超静的理想选择。磁轴承是磁悬浮控制敏感陀螺核心部件之一，对陀螺的姿控精度与敏感精度具有重要影响。

磁轴承按照工作原理可以分为三类，主动磁轴承、被动磁轴承、混合磁轴承，主动磁轴承可分为洛伦兹力磁轴承、永磁偏置磁轴承和纯电磁磁轴承。洛伦兹力磁轴承通过改变放置于恒定磁场中绕组电流的大小和方向，产生所需的悬浮力，其力与电流成正比，线性度好，控制精度高，但承载力低，承重悬浮功耗大。永磁偏置磁轴承和纯电磁磁轴承的电磁悬浮力与电流成平方关系，承载力大、承载功耗低，常用作转子平动悬浮支承。与永磁偏置磁轴承相比，纯电磁磁轴承断电状态下，无电磁吸力，非常便于系统装配和调试。径向平面磁极纯电磁磁轴承的定子磁极为平面，转子为球面转子，平面磁极与球面转子配合时，电磁吸力主要集中在转子的前视面、右视面内，当转子发生径向平移，能够减弱球面转子径向磁力耦合，且转子所受电磁力始终指向转子球心，当转子发生偏移，径向不会产生附加的干扰力。当转子质心与球心重合时，电磁悬浮力过质心，不会产生偏转力矩，消除了平动悬浮对偏转悬浮的干扰，有利于磁悬浮微框架飞轮转子高精度悬浮支承。授权专利ZL201510031068.0所述的一种内转子球形径向纯电磁磁轴承的磁极面采用球面结构，转子所受电磁力始终经过转子球心，当转子球心与质心重合时，消除了径向平动悬浮对偏转悬浮的干扰。在此基础上，专利申请号201510562645.9所述的一种双线圈径向球面磁轴承和专利申请号201510562653.3所述的一种双线圈径向球面纯电磁磁轴承励磁线圈采用双线圈结构，提高了控制电流响应速率，同时在磁极端部增加极靴，降低转子的涡流损耗。上述径向磁轴承磁极均是采用球形结构，其转子球面的最大外径大于定子球面的最小横截面直径，无法采用传统柱面磁极的径向磁轴承所采用的装配方法。装配时磁轴承转子轴线与定子轴线垂直，将磁轴承转子轮缘沿磁轴承定子相邻两磁极间的缝隙放入定子球面磁极内部，待转子球心与定子球心重合时，缓慢将转子翻转90°，完成径向球面磁轴承的装配。由于极靴的存在，减小了定子磁极间的缝隙大小，降低转子的装配工艺性，甚至导致转子无法装配。

上述三种径向磁轴承方案的定子磁极上下边缘均为锐角，磁极边缘存在明显漏磁效应。当转子发生偏转或轴向偏移时，相对于定子磁极球面的对称面，转子磁极球面成非对称放置，一侧磁极面大，另一侧磁极面小，会导致球面转子磁极面大的一侧电磁吸力大，球面转子磁极面小的一侧电磁吸力小，两力的合力会在轴向产生分量，即径向平动会对轴向平动产生干扰。

发明内容

本发明的目的是提供一种平面磁极球面内转子纯电磁径向磁轴承。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：